KR20020047882A - mixture discharge gas in plasma display panel - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel : PDP)에 관한 것으로, 특히 고효율과 장수명을 얻을 수 있는 PDP용 방전가스의 조성비에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma display panel (PDP), and more particularly, to a composition ratio of a discharge gas for a PDP capable of achieving high efficiency and long life.
플라즈마 표시 장치(PDP)는 40"이상의 대형 평판 표시 장치로 차세대 고선명 벽걸이 TV 및 TV와 PC의 기능이 복합된 멀티미디어용 대형 표시 장치로서 유력시되고 있어 최근 들어 이에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.Plasma display device (PDP) is a large flat panel display device of 40 "or larger and is considered as a next-generation high-definition wall-mounted TV and a large display device for multimedia combining the functions of a TV and a PC. Recently, research and development on this is being actively conducted.
그러나 아직 차세대 PDP개발을 위해서는 해결해야할 기술적 과제들이 많이 남아 있다.However, there are still many technical challenges to be solved for the next generation PDP development.
그 과제들을 살펴보면, 대형 패널 제조 기술, 고정세 패널 제조기술, 휘도 개선, 계조(contrast)비 개선, 효율 향상을 통한 소비 전력 감소, 저가격화, 그리고 동화상 화질 개선 등이 그것이다.The challenges are: large-scale panel manufacturing technology, high-definition panel manufacturing technology, improved brightness, improved contrast ratio, reduced power consumption through improved efficiency, lower prices, and improved video quality.
이 중 특히 효율 향상, 즉 저전력으로도 고휘도를 낼 수 있는 PDP의 개발은 매우 중요한 문제로 이는 방전현상의 올바른 이해를 통한 셀 구조, 방전 가스의 종류 및 혼합비, 구동 펄스의 최적화 및 음극 재료나 형광체와 같은 재료의 물성 개선을 통해 얻어질 수 있다.Among them, the improvement of efficiency, that is, the development of PDP that can produce high brightness even at low power is a very important problem. This is because the cell structure, the type and mixing ratio of discharge gas, the optimization of driving pulse, the cathode material or the phosphor through proper understanding of discharge phenomenon It can be obtained through improving the physical properties of the material, such as.
이와 같은 PDP 방전셀 구조는 미국 특허 5,661,500에서 공개된 일본 후지쯔(Fujitsu)사의 공면 전극형 ACPDP셀 구조가 가장 대표적인 구조이다.Such a PDP discharge cell structure is a representative structure of a coplanar electrode type ACPDP cell of Fujitsu, Japan, which is disclosed in US Patent 5,661,500.
상기 후지쯔(Fujitsu) 타입의 3전극 면방전 ACPDP셀 구조를 살펴보면 도 1과 같다.The Fujitsu type three-electrode surface discharge ACPDP cell structure is illustrated in FIG. 1.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 3전극 면방전 ACPDP셀 구조는 크게 상판(20)과 하판(40)으로 나눌 수 있는데, 상판(20)은 다음과 같이 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, the three-electrode surface discharge ACPDP cell structure can be roughly divided into an upper plate 20 and a lower plate 40, and the upper plate 20 is configured as follows.
상판 기판(front glass)(21) 표면에 두 개의 나란한 유지 전극(sustain electrode)(22)(23)이 있는데, 이것은 투명 전극(transparent electrode)(22-1)(23-1)과 그 위에 버스 전극(bus electrode)(22-2)(23-2)으로 구성되어 있다.On the surface of the front glass 21 are two side by side sustain electrodes 22 and 23, which are transparent electrodes 22-1 and 23-1 and a bus above them. It consists of bus electrodes 22-2 and 23-2.
유지 전극(22)(23) 위에 유전층(dielectric layer)(31)이 형성되어 있고, 그 위에 보호막(protecting layer)(32)이 형성되어 있다. 이 보호막(32)의 주 재료는 MgO이기 때문에 MgO막이라고 부르기도 한다.A dielectric layer 31 is formed on the sustain electrodes 22 and 23, and a protective layer 32 is formed thereon. Since the main material of this protective film 32 is MgO, it is also called MgO film.
한편 하판(40)에는 하판 기판(rear glass)(41)위에 유지 전극(22)(23)과 직각인 방향으로 신호 전극(address electrode)(42)이 형성되어 있고, 그 위에 유전층(43)이 있으며, 그 위에 신호 전극(42)과 나란한 방향으로 격벽(barrier rib)(45)이 형성되어 있고, 그 위에 형광체(phosphor)(44)가 증착되어 있다.In the lower plate 40, an address electrode 42 is formed on a lower glass 41 in a direction perpendicular to the sustain electrodes 22 and 23, and a dielectric layer 43 is formed thereon. A barrier rib 45 is formed thereon in a direction parallel to the signal electrode 42, and a phosphor 44 is deposited thereon.
이와 같이 구성된 구조를 3 전극 공면(coplanar) 전극형 면방전(surface discharge) 구조라고 하며, 간단히 3전극 면방전 구조라고 부르기도 한다.The structure configured as described above is called a three-electrode coplanar electrode type surface discharge structure, or simply a three-electrode surface discharge structure.
이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 3전극 면방전 구조의 동작을 살펴보면다음과 같다.Looking at the operation of the three-electrode surface discharge structure according to the prior art configured as described above are as follows.
특정 셀에 불을 켜고자 할 때에는, 그 셀의 유지 전극(22)(23) 중 하나를 스캔 전극(scan electrode)으로 선택하고, 해당 셀에 신호 전극(42)과 상호 작용하는 신호 방전(addressing discharge)을 일으킨다.In order to light a particular cell, one of the sustain electrodes 22 and 23 of the cell is selected as a scan electrode, and a signal discharge interacting with the signal electrode 42 in the cell. causes a discharge).
이때 신호 방전에 의하여 생긴 전하들이 보호막(32) 표면에 축적되어 벽전하(wall charge)를 형성하게 된다.At this time, charges generated by the signal discharge are accumulated on the surface of the protective layer 32 to form wall charges.
이 후에 두 유지 전극(22)(23) 사이에 유지 방전(sustaining discharge)을 시켜주면, 벽전하가 형성된 셀에는 불이 켜지고, 그렇지 않은 셀에는 불이 켜지지 않는다.After that, when sustaining discharge is applied between the two sustain electrodes 22 and 23, the cell on which the wall charge is formed is turned on, and the cell not on the other is not lit.
유지 방전을 시켜 줄 때 두 유지 전극(22)(23)에 전기적 극성을 계속 바꾸어 주는데, 이 때문에 ACPDP 동작 방법이라고 한다.When the sustain discharge is applied, the electrical polarities of the two sustain electrodes 22 and 23 are continuously changed, which is why the ACPDP operation method is used.
상기 셀에 불이 켜지는 원리를 상세히 살펴보면 다음과 같다.Looking at the principle of the light on the cell in detail as follows.
먼저 도 1의 상, 하판(20)(40)을 봉합하고 그 사이에 화학적으로 안정한 불활성 기체(보통 소량의 Xe 포함)를 주입한다. 이때 상기 불활성 기체에는 소량의 Xe가 포함되어 있다.First, the upper and lower plates 20 and 40 of FIG. 1 are sealed and a chemically stable inert gas (usually containing a small amount of Xe) is injected therebetween. At this time, the inert gas contains a small amount of Xe.
이어 방전셀의 전극 사이에 충분한 전압이 가해지면 전자와 상기 불활성 기체와의 충돌에 의하여 기체가 이온화되는데, 이 기체 이온들이 음극에 도달하면 보호막(MgO)(32)으로부터 이차전자가 방출된다.Subsequently, when sufficient voltage is applied between the electrodes of the discharge cell, the gas is ionized by the collision between the electrons and the inert gas. When the gas ions reach the cathode, secondary electrons are emitted from the protective film (MgO) 32.
이 이차전자들이 양극쪽으로 이동하면서 셀내에 존재하는 기체와 충돌하고, 여기서 많은 양의 자유 전자가 생성되면서 방전이 시작된다.As these secondary electrons move toward the anode, they collide with the gas present in the cell, where a large amount of free electrons are generated and discharge begins.
이때 발생된 자유 전자들이 Xe 원자를 여기시키는데 이들의 여기종으로부터 VUV(Vacuum ultraviolet)가 방출되고, 다시 이들이 형광체(44)를 여기시켜서 가시광을 얻게 된다.At this time, the generated free electrons excite Xe atoms, and a VUV (Vacuum ultraviolet ray) is emitted from these excitation species, which in turn excite the phosphor 44 to obtain visible light.
이렇게 PDP에서 가시광을 얻는 과정은 대단히 복잡하며, 바로 이 때문에 가시광 방출 과정이 간단한 CRT에 비해 상용화가 뒤지는 이유가 된다.This process of obtaining visible light from the PDP is very complicated, which is why the visible light emitting process is less commercialized than the simple CRT.
그러나 이러한 복잡한 빛의 방출과정을 거치더라도 PDP는 고효율을 구현할 수 있으므로 상용화되는데, 이 고효율의 구현을 위해서 가장 필수적인 것이 혼합가스 개발이다.However, even after such a complicated light emission process, PDP can be commercialized because it can realize high efficiency, and the most essential thing for the high efficiency is mixed gas development.
또한 PDP 패널에서는 가스 이온에 의한 보호막 식각이나 형광체의 열화에 의하여 패널의 수명이 결정되는데, 이것은 보호막이나 형광체의 내스퍼터링성 등에 따라 크게 좌우되지만, 사용하는 방전가스의 종류에도 크게 좌우된다.In the PDP panel, the lifetime of the panel is determined by the etching of the protective film by the gas ions or the deterioration of the phosphor, which greatly depends on the protective film or the sputtering resistance of the phosphor, but also greatly depends on the type of discharge gas used.
그리고 PDP가 상용화 될 때 요구되는 PDP의 수명은 10,000시간 이상이며, 현재 PDP의 수명이 10,000시간에 근접한 상태이지만, 이것은 혼합가스의 종류, 조성비, 압력 등의 조건에 따라 개선될 여지가 있다.And when the PDP is commercialized, the required lifetime of the PDP is 10,000 hours or more, and the lifetime of the PDP is close to 10,000 hours, but this may be improved depending on the type of gas mixture, composition ratio, and pressure.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 혼합 방전가스를 사용하여 고효율, 장수명의 컬러 ACPDP를 구현하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to implement a high-efficiency, long-life color ACPDP using a mixed discharge gas.
도 1 은 종래 기술에 따른 후지쯔 타입의 3전극 면방전 ACPDP셀의 구조를 나타낸 도면1 is a view showing the structure of a Fujitsu type three-electrode surface discharge ACPDP cell according to the prior art;
도 2 는 본 발명에 따른 Xe의 %함량에 따른 효율 및 항복 전압의 변화를 나타낸 그래프Figure 2 is a graph showing the change in efficiency and breakdown voltage according to the X content of Xe according to the present invention
도 3 은 본 발명에 따른 가스압력에 따른 효율 및 항복 전압의 변화를 나타낸 그래프Figure 3 is a graph showing the change in efficiency and breakdown voltage according to the gas pressure according to the present invention
도 4 는 본 발명에 따른 구동전압이 비슷한 혼합가스들의 효율 비교를 나타낸 그래프Figure 4 is a graph showing the comparison of the efficiency of the mixed gas of similar driving voltage according to the present invention
도 5 는 본 발명에 따른 여러 가지 구동 조건에 따른 PDP 수명의 비교를 나타낸 도면5 is a diagram illustrating a comparison of PDP lifespan according to various driving conditions according to the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
20 : 상판21 : 상판 기판20: top plate 21: top plate
22 : 유지 전극(X) 22-1, 23-1 : 유지 전극용 투명 전극22: sustain electrode (X) 22-1, 23-1: transparent electrode for sustain electrode
22-2, 23-2 : 유지 전극용 버스 전극22-2, 23-2: bus electrode for sustain electrode
23 : 유지 전극(Y)31 : 상판 유전층23 sustain electrode Y 31 top dielectric layer
32 : 보호막40 : 하판32: protective film 40: bottom plate
41 : 하판 기판42 : 신호 전극41 lower substrate 42 signal electrode
43 : 하판 유전층44 : 형광체43: lower dielectric layer 44: phosphor
45 : 격벽45: bulkhead
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PDP의 혼합 방전가스의특징은 Xe가 포함되는 PDP의 혼합 방전가스에 있어서, He, Ne 또는 상기 둘의 혼합가스에 Xe의 함량이 3~20% 포함되는데 그 특징이 있다.Characteristic of the mixed discharge gas of the PDP according to the present invention for achieving the above object is a mixed discharge gas of the PDP containing Xe, He, Ne or Xe content of 3 to 20% of the mixed gas of the two Included are its features.
이때 상기 혼합가스의 압력은 400~700 토르인데 다른 특징이 있다.At this time, the pressure of the mixed gas is 400 to 700 torr but there are other characteristics.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.
본 발명에 따른 PDP의 혼합 방전가스의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of the mixed discharge gas of the PDP according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2 는 본 발명에 따른 Xe의 % 함량에 따른 효율 및 항복 전압의 변화를 나타낸 시뮬레이션(simulation) 결과 그래프이다.2 is a graph showing simulation results showing changes in efficiency and breakdown voltage according to the% content of Xe according to the present invention.
도 2를 보면, Ne/Xe 혼합가스에서 Xe의 % 함량이 증가할수록 효율이 증가하지만, 이와 동시에 Xe 함량이 많아지면 기체 간 충돌이 심해져서 전자가 기체 원자를 이온화시키기에 충분히 높은 에너지를 갖기 어렵게 되어 항복 전압(breakdown voltage)도 함께 증가하는 문제가 발생된다.2, the efficiency increases as the% content of Xe increases in the Ne / Xe mixed gas, but at the same time, when the content of Xe increases, collisions between gases become severe, making it difficult for electrons to have high energy enough to ionize gas atoms. This causes a problem of increasing the breakdown voltage.
이에 대한 가장 효과적인 연구 방향의 하나로 Xe 이온에 대한 이차전자 방출계수가 높은 보호막을 찾는 것이다.One of the most effective research directions is to find a protective film with high secondary electron emission coefficient for Xe ions.
따라서 여러 가지 방법으로 구동 전압을 가능한 낮추고, 이렇게 주어진 구동전압에서 최대한 많은 양의(3%~20%) Xe를 섞은 혼합방전 가스를 사용하면 고효율 방전을 얻을 수 있다.Therefore, the driving voltage can be lowered in various ways and a high efficiency discharge can be obtained by using a mixed discharge gas in which Xe is mixed as much as possible (3% to 20%) at the given driving voltage.
도 3 은 본 발명에 따른 가스압력에 따른 효율 및 항복 전압(breakdown voltage)의 변화를 시물레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the results of simulating the change in efficiency and breakdown voltage according to the gas pressure according to the present invention.
도 3을 보면 가스압력이 증가할수록 효율이 증가하며 고압력 하에서는 기체간 충돌이 심해지므로 항복 전압도 함께 증가한다.3, the efficiency increases with increasing gas pressure, and under high pressure, the collision between gases increases, and thus the breakdown voltage also increases.
따라서 가스압력의 증가도 상기 Xe의 함량 증가와 마찬가지로 효율의 증가를 보이지만 동시에 항복 전압도 증가시키게 되는 문제가 발생된다.Therefore, the increase in gas pressure shows an increase in efficiency similarly to the increase in content of Xe, but at the same time, a problem arises in that the breakdown voltage is increased.
그래서 가스압력의 증가 또한 여러 가지 방법으로 항복전압과 구동전압을 가능한 낮추고, 이렇게 주어진 낮은 구동전압하에서 가스 압력을 최대한 높인(400~700 토르) 혼합 방전가스를 사용하면 고효율 방전을 얻을 수 있게 된다.Therefore, the increase in gas pressure also lowers the breakdown voltage and driving voltage as much as possible in various ways, and a high efficiency discharge can be obtained by using a mixed discharge gas with the highest gas pressure (400-700 torr) under the given low driving voltage.
도 4 는 본 발명에 따른 구동전압이 비슷한 세 가지 혼합가스의 효율을 계산하여 비교한 것을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the comparison of the efficiency of the three mixed gas with similar driving voltage according to the present invention.
도 4를 보면, Xe의 %를 2% 낮추고 가스압력을 50 토르 높이는 것 보다 가스압력을 50 토르를 낮추더라도 Xe의 %를 2% 높이는 것이 효율을 높이는데 더 효과적임을 알 수 있다.4, it can be seen that increasing the% of Xe by 2% is more effective in increasing efficiency than reducing the gas pressure by 50 Torr rather than reducing the% of Xe by 2% and increasing the gas pressure by 50 Torr.
즉, 가스압력이 높을수록, 그리고 Xe의 % 함량이 많을수록 효율이 상승하는 반면에 구동전압도 상승하게 되는데, 이때 구동전압의 동일한 상승을 놓고 봤을 때, Xe의 % 함량을 늘이는 것이 가스압력을 높이는 것보다 효율을 높이는데 더 효과적이라는 것이다.In other words, the higher the gas pressure and the higher the% content of Xe, the higher the efficiency and the higher the driving voltage. In view of the same increase in the driving voltage, increasing the% content of Xe increases the gas pressure. It is more effective in increasing efficiency than that.
위에서 설명한 것을 토대로 본 발명에 따른 여러 가지 구동조건에 따라 PDP의 수명변화를 계산한 결과를 도 5에서 나타내고 있다.Based on the above description, Fig. 5 shows the result of calculating the lifespan change of the PDP according to various driving conditions according to the present invention.
도 5에 계산된 것과 같이 가스압력을 높이면 기체간 충돌이 심해져서 전자가 기체원자를 이온화시키기에 충분히 높은 에너지를 갖기 어렵게 될 뿐만 아니라 이온의 에너지도 줄어서 보호막을 식각시키는 비율도 떨어지게 된다. 그에 따라 패널의 수명을 연장시킬 수 있다.Increasing the gas pressure, as calculated in FIG. 5, increases the collision between gases, making it difficult for electrons to have energy high enough to ionize gas atoms, and also reduce the energy of ions, thereby decreasing the rate of etching the protective film. This can extend the life of the panel.
또한 Xe의 % 함량이 많을수록 PDP 방전셀 안에 Ne 이온 수보다 Xe 이온의 수가 급격히 증가하는데, 이는 Xe 이온의 스퍼터링 산출(sputtering yield)이 Ne 이온의 스퍼터링 산출 보다 훨씬 작기 때문에 보호막 수명에 유리하게 된다.In addition, as the% content of Xe increases, the number of Xe ions increases more rapidly than the number of Ne ions in the PDP discharge cell, which is advantageous for the life of the protective film because the sputtering yield of Xe ions is much smaller than that of Ne ions.
따라서 가스압력이 높을수록, 그리고 Xe의 %함량이 많을수록 패널의 수명은 연장되는 것이다.Therefore, the higher the gas pressure and the higher the% content of Xe, the longer the life of the panel.
그러나 Xe의 %함량이 지나치게 많아지면, 즉 Xe의 % 함량이 20%이상으로 많아지게 되면 Xe 이온과 Xe 원자간에 전하 전송(charge transfer)이 용이해지는 반면 Ne 이온과 Ne원자간에 전하이동(Charge transfer)이 어려워진다. 이렇게 되면 보호막에 도달되는 Ne 이온의 에너지가 증가하게 되고 이온의 스퍼터링 산출(sputtering yield)이 커지므로 오히려 보호막 수명이 짧아지게 되는 것이다.However, if the% content of Xe is excessively high, that is, if the% content of Xe is increased to 20% or more, charge transfer between Xe ions and Xe atoms becomes easy while charge transfer between Ne ions and Ne atoms. ) Becomes difficult. This increases the energy of Ne ions reaching the protective film and increases the sputtering yield of the ions, thereby shortening the protective film life.
따라서 효율과 수명을 고려한 최적화의 조건으로 Xe의 %함량은 3~20%를 포함하며, 가스의 압력은 400~700 토르를 유지시켜야 한다.Therefore, as a condition of optimization considering efficiency and life, the% content of Xe should contain 3-20%, and the pressure of gas should be maintained at 400-700 torr.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 PDP의 혼합 방전가스는 다음과 같은 효과가 있다,The mixed discharge gas of the PDP according to the present invention as described above has the following effects,
첫째, 화학적으로 안정한 불활성 기체를 사용함으로써 패널의 수명을 길게 유지할 수 있다.First, by using a chemically stable inert gas it is possible to maintain a long life of the panel.
둘째, 강한 VUV를 낼 수 있는 가스를 사용함으로써 고휘도를 얻을 수 있다.Second, high brightness can be obtained by using a gas capable of producing a strong VUV.
셋째, 가시광을 적게 방출하는 가스를 사용함으로써 색순도를 높일 수 있다.Third, color purity can be improved by using a gas that emits less visible light.
넷째, 장파장의 VUV를 방출하는 가스를 사용함으로써 VUV에서 가시광으로의 광변환율을 높일 수 있다.Fourth, the light conversion rate from VUV to visible light can be increased by using a gas that emits a long wavelength VUV.
다섯째, 낮은 전압에서 방전을 유지할 수 있는 혼합가스를 사용함으로써, 소비전력을 줄여 효율을 높일 수 있다.Fifth, by using a mixed gas that can maintain the discharge at a low voltage, it is possible to increase the efficiency by reducing the power consumption.
여섯째, 컬러 ACPDP에서 발생되는 고효율과 장수명 문제를 혼합 방전가스의 종류, 조성비, 압력 등의 조건을 최적화함으로써 크게 개선할 수 있다.Sixth, the problems of high efficiency and long life caused by color ACPDP can be greatly improved by optimizing the conditions such as the type, composition ratio, and pressure of the mixed discharge gas.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
Claims (2)
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